В лекции рассматриваются общие термодинамические и кинетические закономерности гетерогенных окислительно-восстановительных процессов, характерные и для процессов коррозии. Специфические закономерности ХК и ЭХК см. в соответствующих лекциях.
Процесс коррозии определяется целым рядом внутренних и внешних факторов.
Внутренние факторы характеризуют влияние природы металла на вид и скорость коррозии. К ним относятся:
1. Активность металла. Чем более химически или электрохимически активен металл, тем быстрее он разрушается.
1. Состав и структура металла.
2. Состояние поверхности металла:
а) степень ее шероховатости – в целом, чем более гладкой является поверхность металла, тем ниже скорость его коррозии, поскольку различные щели, зазоры, углубления являются потенциальными центрами образования коррозии;
б) наличие на поверхности пленок влаги;
в) наличие на поверхности металла продуктов коррозии, свойства и структура этих пленок. Оксидные, гидроксидные и солевые пленки, образующиеся на поверхности металла, в целом обладают защитным действием, которое зависит от следующих свойств:
– Химический характер защитных оксидных и гидроксидных пленок на поверхности металла: если они кислотные, то металл будет разрушаться в щелочных средах; если они основные, то металл неустойчив в кислых средах. Амфотерные пленки защищают металл только в нейтральной среде.
– Растворимость пленок. Пленки могут быть химически инертными по отношению к окружающей среде, но при этом растворяются в воде. В этом случае их защитное действие не проявляется.
– Толщина, эластичность и рыхлость пленок. Чем толще и чем эластичнее пленка, тем меьше возможность образования в ней трещин, открывающих для металла контакт с окружающей средой.
Сплошность пленок оценивается формулой: Сп = Vп/Vм, где Vп – объем образовавшейся пленки, Vм – объем металла, пошедшего на образование пленки. При Сп >1 образуется сплошная пленка, защищающая металл от дальнейшего разрушения. При Сп <1 образуется рыхлая пленка, не обладающая защитными свойствами.
Все металлы по характеру поведения в воздушной атмосфере делятся на 5 групп:
1-я группа – щелочные и щелочноземельные металлы, для которых Сп <1. В процессе их коррозии образуются рыхлые оксидные пленки, через которые свободно проникает кислород. Поэтому коррозия этих металлов протекает с высокой скоростью.
2-я группа – некоторые d-металлы (W, Fe, Co, Cu, Ni, Mn, Ti и др.), для которых Сп >1. При их окислении образуются сплошные оксидные пленки, которые частично защищают металл и тормозят процесс его коррозии.
3-я группа – Zn, Al и Cr, для которых Сп >1. Эти металлы вначале быстро окисляются, однако затем коррозия резко замедляется и совсем прекращается вследствие образования сплошных оксидных пленок.
4-я группа – металлы, которые образуют оксиды, летучие при высокой температуре (Mo, Os, Ru, Ir и V). Их оксидные пленки обладают защитными свойствами только до определенных температур.
5-я группа – благородные металлы: Hg, Ag, Au, Pt. Они коррозии не подвергаются.
3. Температура металла.
Внешние факторы определяют влияние состава коррозионной среды и условий протекания коррозии. К ним относятся:
1. Концентрация коррозионно агрессивных веществ (КАВ) в окружающей среде.
2. Состав и свойства КАВ.
3. Скорость движения коррозионной среды, которая определяет интенсивность подвода КАВ к поверхности металла и отвода от нее продуктов коррозии.
3. Температура окружающей среды. Как правило, с повышением температуры скорость коррозии возрастает. Это связано с термическим разрушением защитных пленок.
4. Давление (в случае газовой коррозии).
5. Неодинаковая аэрация, обусловленная неодинаковой концентрацией кислорода в разных областях окружающей среды, контактируюшей с металлом.
Для определения скорости коррозии обычно ведут наблюдения за изменением во времени какой-либо характеристики, объективно отражающей изменение того или иного свойства металла. Чаще всего используют следующие показатели скорости коррозии:
1. Показатель изменения массы. Это изменение массы образца Dm в результате коррозии, отнесенный к единице поверхности металла S и единице времени t:
К = Dm/S . t, г/м2 . ч и т.п.
В зависимости от условий коррозии различают:
а) отрицательный показатель изменения массы, в котором учитывают убыль массы металла за время коррозии после удаления продуктов коррозии;
б) положительный показатель изменения массы, в котором учитывают увеличение массы металла за время коррозии вследствие роста пленки продуктов коррозии.
2. Объемный показатель коррозии. Это объем газа V, поглощенного или выделившегося в процессе коррозии, отнесенный к единице поверхности металла S и единице времени t:
К= V/ S . t, см3/см2 . ч
В случае ЭХК учитываются кислородный и водородный показатели (см. лекцию по ЭХК),
3. Показатель сопротивления. Это изменение электрического сопротивления образца металла за определенное время коррозионных испытаний:
КR = (R/Ro) . 100%,
где Ro и R – электрическое сопротивление образца соответственно до и после коррозии.
Этим методом чаще всего определяют удельное сопротивление, т.е. изменение электрического сопротивления на единицу площади образца при его длине, равной 1. Наиболее точные данные получают для проволочных образцов. для сварных соединений метод не пригоден.
4. Механический показатель коррозии. Это изменение какого-либо механического свойства металла, например, предела прочности, за время коррозии. Сравнительно часто пользуются изменением предела прочности. Прочностной показатель при этом выражается:
5. Глубинный показатель коррозии. Это глубина разрушения металла в единицу времени, например, мм/год. Глубинный показатель используется для характеристики как равномерной, так и неравномерной коррозии.
Все эти показатели учитываются еще на стадии проектирования. С целью снижения возможного коррозионного ущерба на стадиях проектирования и производства аппаратуры, оборудования, трубопроводов и т.п.:
а) проводят детальный анализ характера и свойств окружающей среды, условий технологического процесса, в которых будет эксплуатироваться данное изделие;
б) повышают степень обработки поверхности металла;
в) уменьшают площадь контакта деталей, изготовленных из разных металлов;
г) при конструировании сварных узлов и деталей не допускают создания возможных центров коррозии: избегают скопления швов и образования прерывистых швов, исключают точечную сварку и т.п.